JPS6345365A - Method and apparatus for reactive vapor deposition of substrate - Google Patents

Method and apparatus for reactive vapor deposition of substrate

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JPS6345365A
JPS6345365A JP62199263A JP19926387A JPS6345365A JP S6345365 A JPS6345365 A JP S6345365A JP 62199263 A JP62199263 A JP 62199263A JP 19926387 A JP19926387 A JP 19926387A JP S6345365 A JPS6345365 A JP S6345365A
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aperture
substrate
electrode
internal chamber
electron beam
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ヘルムート・レマーマン
ヴオルフガング・ツイルケル
西池 氏裕
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、基板に向かう蒸気流の範囲内にアースに対し
て正のバイアスをかけた電唖を配置した形式で、反応ガ
スから成る雰囲気内で最高10−” ミIJバールの圧
力で電子ビームを用いて少なくとも1種の金属を蒸発さ
せることにより基板に金属化合物を反応性蒸着する方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is directed to a vapor flow directed to a substrate in the form of an electrical electrode positively biased with respect to ground, in an atmosphere consisting of a reactive gas. The present invention relates to a method for reactively depositing metal compounds onto a substrate by evaporating at least one metal using an electron beam at pressures of up to 10" mIJ bar.

従来の技術 この場合金属としては、有利にはいわゆる硬・質物質を
生せしめるもの、例えばチタン、ジルコニウム、タンタ
ル、バナジウム及びハフニウムが使用される。硬質物質
としては、前記金属の少なくとも1つと窒素との化合物
(窒化物)、炭素との化合物(炭化物)並びに国]時に
炭素及び窒素との化合物(いわゆる炭化望化物)が該当
する。しかし、本方法は例えば酸素と反応して酸化物を
形成する別の金属の反応性蒸気のためも適轟である。
The metals used here are preferably those which give rise to so-called hard materials, such as titanium, zirconium, tantalum, vanadium and hafnium. Examples of hard substances include compounds of at least one of the metals and nitrogen (nitrides), compounds of carbon (carbides), and compounds of carbon and nitrogen (so-called carbide compounds). However, the method is also suitable for reactive vapors of other metals which react with oxygen to form oxides, for example.

前記形式の方法は、J、vac、 Sci、 Tech
nol、。
Methods of the above type are described in J. vac. Sci. Tech.
nol,.

Band 9 、 No、 6. 1972年11月〜
12月、1385〜1388頁に掲載されたBunsh
ah及びI’1.aghuram著の”化合物の高速度
蒸着のための活性化した反応性蒸着法(Activat
ed Reac−tive EvaporationP
rocess for High RateDepos
itlon of Cornpounds )”の論文
から公知である。該文献に記載された方法では、金属は
比較的低い加速電圧(10KV )の電子ビームによっ
て直接真空室内で蒸発せしめられる。同様に蒸気流内に
直接的に線状電極が存在し、該電極はアースに対して正
のバイアス、例えば80〜200vの電圧がかけられて
いる。この装置の作動時に;ζ、を子ビームは金属を蒸
発させるためだけでなく、電子供与体としても役立つ一
方、正の電極は負の電荷担体を引張り、それ:4Cより
イ万ン化確率が高められ1.かつ直接的にグロー放電に
よって包囲される。しかしながら、公知方法及び装置は
実験室規模での使用の域を越えない、それというのも蒸
発率を工業的方法のために所望の程度に高めることがで
きないからである。ビーム電流、ひいてはビーム効率を
高めることにより蒸発率を高める全ての実験は、反応性
ガスの供給専管のためのノズルを蒸発帯域の直ぐ上に開
口させたにせよ、反応がもはや化学量論的には進行しな
い点で成功していない。蒸着率は確かに局所的4〜9.
7μ7n/ m i nであるが、しかしながら大きな
面積にわたっては分配することができず、かつ蒸着した
層は著しい割合で反応に関与しなかった金属成分を含有
する。
Band 9, No. 6. From November 1972
Bunsh published in December, pages 1385-1388
ah and I'1. ``Activat Reactive Deposition Methods for High Rate Deposition of Compounds'' by M. Aghuram.
ed Reac-tive EvaporationP
rocess for High Rate Depos
In the method described in that document, the metal is evaporated directly in a vacuum chamber by means of an electron beam at a relatively low accelerating voltage (10 KV). There is a linear electrode, which is positively biased with respect to earth, e.g. 80-200 V. When the device is in operation; While the positive electrode also serves as an electron donor, the positive electrode attracts negative charge carriers, which have a higher probability of ionization than 4C and are directly surrounded by the glow discharge.However, as is known The method and apparatus are of limited use on a laboratory scale, since the evaporation rate cannot be increased to the extent desired for industrial processes.The beam current and thus the beam efficiency cannot be increased. All experiments to increase the rate of evaporation by evaporation have been unsuccessful in that the reaction no longer proceeds stoichiometrically, even when a nozzle dedicated to the supply of reactive gases has been opened just above the evaporation zone. .The deposition rate is certainly locally 4-9.
7 μ7 n/min, however, cannot be distributed over large areas and the deposited layer contains a significant proportion of metal components that did not take part in the reaction.

従って、工業的規模で製作材料に硬質材料を被覆する際
には殆んど専ら磁界補助の下で陰極スパッタリングの方
法だけが通用された。しかしながら、この場合には約1
〜1.5μ7rt/minの蒸着速度を越えないか又は
少なくとも来貢的には越えることはできない。
Therefore, for coating production materials with hard materials on an industrial scale, almost exclusively the method of cathode sputtering with the aid of a magnetic field has been used. However, in this case about 1
A deposition rate of ~1.5 μ7 rt/min is not exceeded, or at least cannot be exceeded in a practical manner.

発明か解決しようとする問題点 従って、本発明の課題は、冒頭に記載した形式の方法を
、高い蒸着速度と同時に化学量論的に反応した金属とガ
スから成る反応成分が得られ、しかも工業的規模で同時
に安定な作動条件下で実施することができるように十分
に改良することであった。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to develop a process of the type described at the outset, which simultaneously provides high deposition rates and at the same time stoichiometrically reacted components of metal and gas, and which is industrially possible. The objective was to improve it sufficiently so that it could be carried out on a commercial scale and at the same time under stable operating conditions.

問題点を解決するための手段(その2)前記課題は、冒
頭に記載した形式の方法において本発明により、 a)蒸発器を包囲し、基板の同かい側に絞り開口を有す
る内部室内で金属蒸気を発生させ、b)反応性ガスを内
部室に導入し、 C)金属蒸気及び反応性ガスを絞り開口を通して基板の
方向に導びき、 d)電子ビームを内部室内で金属蒸気及び反応性ガスと
イオン化目的のために相互作用させ、その希少なくとも
2 CI KVの加速電圧を選択し、かつ e)内部室内で形成された又・は該室内に封鎖されだ負
の電荷担体を絞り開口の向かい側かつ蒸気流の外側に位
置し、アースに対して正のバイアスをかけた電極によっ
て絞り開口を貫通して吸引し、その際絞り開口及び電極
の領域で激しく燃焼するグロー放電を発生させることに
より解決される。
Means for solving the problem (part 2) The problem is solved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset, by: a) forming a metal in an internal chamber surrounding the evaporator and having an aperture opening on the same side of the substrate; generating a vapor; b) introducing a reactive gas into the internal chamber; C) directing the metal vapor and reactive gas through an aperture toward the substrate; and d) directing an electron beam into the internal chamber. and e) select an accelerating voltage of at least 2 CI KV and interact for ionization purposes with the negative charge carriers formed in the internal chamber or blocked in the chamber opposite the aperture. Solved by suction through the diaphragm opening by means of an electrode located outside the vapor stream and positively biased with respect to earth, creating a glow discharge that burns violently in the area of the diaphragm opening and the electrode. be done.

作用(その1) 本発明による方法では、全ての特徴a)〜e)は−員し
ており、かつ相互に必要としている。
Effect (1) In the method according to the invention, all features a) to e) are integral and mutually necessary.

内部室内で蒸気及び反応ガス及びまた金属蒸気と反応ガ
スから成る反応生成物の少なくとも一部分を堰止めるこ
とによシ内部室内に封鎖された電子ビームと結び付いて
著しく高いイオン化が発生せしめられ、該イオン化は別
の逗子を数比させると見なすことができる。公知技術水
準よりも高い、20 KV以上、有利には約60〜40
 KVの電子ビームの加速電圧により、著しく”強力°
°な磁子ビームが発生し、該ビームは陽極電流の磁界に
よって偏向されずかつ従って安定のままである。蒸気流
及びガス流を狭搾する絞りによって負の電荷担体が吸引
されることにより、絞り及び電極の領域で新たにイオン
化確率が高められる。以下になお詳細に記載する操作パ
ラメータで実施した方法で、上記のようにして白色に灼
熱する、可視;記囲内で激しく発光するプラズマを発生
し、該プラズマによってまた大量の供給さnたガスと金
属蒸気との間の所望の完全な反応も可能であった。前記
形式でそのままで5.0μm/m 1 nの蒸着速度を
達成することができたが、しかも上昇可能性の終端はな
お見きわめられなかった。
By damming at least a portion of the vapor and the reaction gas and also the reaction products consisting of the metal vapor and the reaction gas in the inner chamber, a significantly higher ionization is generated in conjunction with the electron beam confined within the inner chamber, and the ionization can be considered to be a numerical comparison of another zushi. higher than the state of the art, more than 20 KV, advantageously about 60-40
Due to the acceleration voltage of the KV electron beam, it is extremely powerful.
A magneton beam is generated which is not deflected by the magnetic field of the anode current and therefore remains stable. As a result of the suction of negative charge carriers by the constriction that constricts the vapor and gas flows, the ionization probability is increased again in the region of the constriction and the electrode. In the method carried out with the operating parameters described in more detail below, a white, blazing, visible and intensely luminescent plasma was generated as described above, which also produced a large amount of supplied gas. The desired complete reaction with metal vapor was also possible. Although it was possible to achieve a deposition rate of 5.0 μm/m 1 n as is in this format, the end of the increasing potential was still not discerned.

正のバイアスをかけたt体が蒸気流の外部に位置するこ
とにより、該電襖(て¥′i蒸気流は少なくとも直接は
当らない、従ってこの理由からもまたその作動性能は長
時間にわ)!つで離行される。”蒸気流の外部°゛とい
う条件は芙實的に、当J送悼が投影図で見て級9開口内
には突比してお・らず、最大でも絞り・開口の縁部と合
同形に配置されていることニー164足される。
Due to the positively biased t-body being located outside the vapor flow, the vapor flow does not impinge on it, at least not directly, and for this reason also its operational performance deteriorates over long periods of time. )! will be taken away. ``The condition of the outside of the steam flow is actually that when viewed from the projection drawing, the steam flow does not fit within the class 9 opening, and at most it coincides with the edge of the diaphragm/opening. The knee is placed in the shape of 164 feet.

この場合には、内部室と蒸気よ;1堝が同じ電位、有利
にはアース電位に配置されているのが有利である。この
ことは例えば両者の素子を電気的に良伝導性の金属的接
続によって行われる。
In this case, it is advantageous for the inner chamber and the steam chamber to be placed at the same potential, preferably at ground potential. This takes place, for example, by an electrically conductive metallic connection between the two components.

更に、絞りの向かい側にある電極には+5〜+10DV
、有利には+20〜+40Vのバイアスをかけるのが有
利である。
Furthermore, the electrode opposite the aperture has +5 to +10 DV.
, advantageously a bias of +20 to +40 V is applied.

基板は原則的にまたアース電位に保持することができる
ので、基板には−50〜−2000■の電圧を印加する
のが有利であり、それによシ一種の正の電荷担体のイオ
ン注入が達成される。
Since the substrate can in principle also be held at ground potential, it is advantageous to apply a voltage of -50 to -2000 m to the substrate, whereby a type of ion implantation of positive charge carriers is achieved. be done.

発明が解決しようとする問題点(その2)本発明のもう
1つの課題は、前記方法を実施する装置であって、外部
真空室と、蒸発坩堝と、該蒸発坩堝内に存在する蒸発物
を電子ビームと一緒にショットするための電子銃と、蒸
発坩堝と基板との間に配置されかつアースに対して正の
電位に印加可能な電極とを有する形式のものを提供する
ことであった。
Problem to be Solved by the Invention (Part 2) Another problem to be solved by the present invention is an apparatus for carrying out the method, which comprises an external vacuum chamber, an evaporation crucible, and an evaporation material present in the evaporation crucible. The object was to provide a type having an electron gun for shooting together with the electron beam and an electrode which is arranged between the evaporation crucible and the substrate and which can be applied to a positive potential with respect to ground.

問題点を解決するための手段(その2)前記課題は、前
記形式の、基板に反応性蒸着する装置において、 a)蒸発坩堝上の空間が内部室によって包囲されており
、該内部室が電子ビームのための入射開口と、基板の方
向に配置された絞り開口とを有し、 b)内部室が反応性ガスの供給機構を備えておりかつ C)絞り開口の向かい側に絞り開口の投影面には存在し
ない電極が絶縁されて配置されており、該電極がアース
に対して正の出力電圧を有する直流電圧源と接続されて
いる、 ことにより解決される。
Means for Solving the Problem (Part 2) The problem is that in the above type of apparatus for reactive vapor deposition on a substrate, a) the space above the evaporation crucible is surrounded by an internal chamber, and the internal chamber is an entrance aperture for the beam and a diaphragm aperture arranged in the direction of the substrate, b) the internal chamber is provided with a supply mechanism for a reactive gas, and c) opposite the diaphragm aperture a projection plane of the diaphragm aperture. The solution is that the electrodes which are not present are arranged in an insulated manner and are connected to a DC voltage source with a positive output voltage with respect to ground.

この場合、内部室が直方体状に構成されており、かつそ
の開放した下側で蒸発坩堝を支持しており、内部室の4
つの直立した側壁の1つが電子ビームのための入射開口
を有し、内部室の上方の水平壁内に絞り開口が配置され
ており、かつ上方の水平壁の上に隔離して電極が固定さ
れているのが特に有利である。
In this case, the internal chamber is configured in the shape of a rectangular parallelepiped, and the open lower side supports the evaporation crucible.
One of the two upright side walls has an entrance aperture for the electron beam, a diaphragm aperture is arranged in the upper horizontal wall of the inner chamber, and an electrode is fixed separately on the upper horizontal wall. It is particularly advantageous to have

前記構成によれば、内部室が同時に基板に対する電極の
支持体を成すという極めてコンパクトな構造が得られる
According to the configuration described above, a very compact structure is obtained in which the internal chamber simultaneously serves as a support for the electrode relative to the substrate.

特に絞り開口と電極の領域における高い放電効率に基づ
き、フレーム状に構成された電極は冷却通路を有してい
るのが特に有利である。
Owing to the high discharge efficiency, particularly in the area of the diaphragm opening and the electrode, it is particularly advantageous for the frame-shaped electrode to have cooling channels.

更に、内部室の両側↓で偏向磁石系の極面が配置されて
おり、かつ電子ビームが少なくともその中央位置では両
者の極面間の対称面内を進行するように!成されている
のが有利である。
Furthermore, the polar planes of the deflection magnet system are arranged on both sides of the internal chamber, and the electron beam travels within the plane of symmetry between the two polar planes at least at the central position! It is advantageous that the

電子ビームの”中央位置”とは、周期的もしくは振動的
に偏向された電子ビームの両者の末端位置が等間隔で離
れた位置であると理解されるべきである。蒸発物のよシ
大きな面積をカバーすることができるようにするには、
電子ビームを振動させるが特に有利である。
A "central position" of an electron beam is to be understood as a position equidistantly spaced apart from both end positions of a periodically or oscillally deflected electron beam. In order to be able to cover a larger area with evaporates,
It is particularly advantageous to vibrate the electron beam.

実施例 次に図示の実施例につき本発明の詳細な説明する。Example The invention will now be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

第1図には、ポンプユニット(図示せず)によって吸引
接続管片2を介して真空化される真空室1が図示されて
いる。外部真空室1内には内部室3が設けられてお9、
該内部室は水平な底4.4つの垂直な側壁5及び再び水
平な上方壁6を有する。底部4上には蒸発坩堝7が載っ
ており、該坩堝には溶融液状の蒸発物8が入れられ、か
つ冷却蛇管9によって包囲されている。
FIG. 1 shows a vacuum chamber 1 which is evacuated via a suction connection 2 by a pump unit (not shown). An internal chamber 3 is provided within the external vacuum chamber 1;
The internal chamber has a horizontal bottom 4, four vertical side walls 5 and an upper wall 6 which is again horizontal. An evaporation crucible 7 is placed on the bottom 4 , in which a molten liquid evaporator 8 is placed and surrounded by a cooling coil 9 .

左側の側壁5には、アーチ状軌道で蒸発物8の表面に偏
向せしめられる電子ビーム11のための入射開口10が
設けられている。
In the left-hand side wall 5 an entrance aperture 10 is provided for an electron beam 11 which is deflected onto the surface of the evaporator 8 in an arcuate trajectory.

ビーム偏向手段は第2図を参照して詳細に説明する。入
射開口10の後方に偏向系13を備えた電子銃12が設
置され、上記偏向系によって電子ビーム11は所定のか
つプログラム発生器によって制御された偏向パターンに
基づき蒸発物8の表面に向かって周期的に偏向せしめら
れる。
The beam deflection means will be explained in detail with reference to FIG. An electron gun 12 with a deflection system 13 is installed behind the entrance aperture 10, which deflects the electron beam 11 periodically toward the surface of the evaporator 8 based on a predetermined deflection pattern controlled by a program generator. be biased towards

上方壁6は絞りとして構成されている、すなわち絞り開
口14を有し、該絞り開口14は内部室3の全横断面積
に対して著しく小さい償断面を有する。内部室3の下方
部分には、供給機構15が設けられ、該供給機構は図面
に対して垂直方向に延びかつ反応ガスを供給するだめに
役立つ、穿孔された2本の直線状管から成る。
The upper wall 6 is configured as a diaphragm, ie has a diaphragm opening 14, which has a compensating cross-section that is significantly smaller than the total cross-sectional area of the interior chamber 3. In the lower part of the internal chamber 3 a feed mechanism 15 is provided, which consists of two perforated straight tubes extending perpendicular to the drawing and serving as a reservoir for feeding the reaction gas.

電子ビーム11の作用によって形成された蒸発物8の蒸
気と、供給機構15を経て供給されたガスは絞り開口1
4を貫通して、絞り開口14の上に静止状態又は可動状
態に設置された基板16に誘導される。この場合には、
基板16は静止状態で示されている。
The vapor of the evaporator 8 formed by the action of the electron beam 11 and the gas supplied via the supply mechanism 15 are passed through the aperture 1
4 and is guided to a substrate 16 which is placed stationary or movably above the diaphragm aperture 14. In this case,
Substrate 16 is shown in a stationary state.

絞り開口14の向かい側、すなわち上方壁6と基板16
との間には、絞り開口14の投影面内には存在せずかつ
絶縁体18の介在下に上方壁6の上に支持された電極1
7が設けられている。絞り開口14の内側縁部14aは
矩形を形成する。このことは電極17の内側縁部17a
にも車底る、従って該縁部は矩形のフレームを形成する
。この場合には、内側縁部14aと17aは相互にほぼ
同−直線上に位置するように配置されているべきである
、しかし同列位置からの僅かなずれはもちろん問題にな
らない。
Opposite the aperture aperture 14, that is, the upper wall 6 and the substrate 16
An electrode 1 that does not exist in the projection plane of the diaphragm aperture 14 and is supported on the upper wall 6 with an insulator 18 interposed therebetween.
7 is provided. The inner edge 14a of the diaphragm opening 14 forms a rectangle. This means that the inner edge 17a of the electrode 17
The edges also form a rectangular frame. In this case, the inner edges 14a and 17a should be arranged substantially co-linear with each other, but slight deviations from the co-linear position are of course not a problem.

電極17はその外側縁部が、冷却水の貫流に役立つ冷却
通路19によって包囲されている。
The electrode 17 is surrounded at its outer edge by a cooling channel 19 serving for the flow of cooling water.

内部室3は外側真空室1及び蒸発坩堝7と同様にアース
されている一方、電極17は導線20及び絶縁ガイド2
1を介して電圧源22と接続されており、該電圧源によ
って電極17はアースに対して正の電位に印加されてい
る。同様に基板16をアース電位にすることも可能であ
るが、また第1図に示されているように、導線23及び
絶縁ガイド24を介して直流電圧源25に印加すること
ができる。電極17と、絞り開口14の領域内の内部室
3との間の前記電位差により、極めて激しいグロー放電
が生ぜしめられ、該グロー放電の上方と側方の境界はほ
ぼ鎖線26によって示すことができる。
The inner chamber 3 is earthed like the outer vacuum chamber 1 and the evaporation crucible 7, while the electrode 17 is connected to the conductor 20 and the insulated guide 2.
1 to a voltage source 22, which applies a positive potential to the electrode 17 with respect to ground. It is likewise possible for the substrate 16 to be at ground potential, but as shown in FIG. Said potential difference between the electrode 17 and the internal chamber 3 in the region of the diaphragm opening 14 results in a very intense glow discharge, the upper and lateral boundaries of which can be approximately indicated by the dashed lines 26. .

例えば上方壁6の上側と、電極17の上側との間の距離
は31+mであり、かつ電極17の上側と基板16の下
側との間の距離は64朋である。
For example, the distance between the upper side of the upper wall 6 and the upper side of the electrode 17 is 31+m, and the distance between the upper side of the electrode 17 and the lower side of the substrate 16 is 64 m.

第2図には、第1図と同じ部分又は同じ機能を有する部
分には、同じ参照符号が付けである。
In FIG. 2, the same parts or parts having the same function as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

付加的に以下のことが示されている。Additionally, the following is shown:

ローラ及びレールガイド28によって図面に対して垂直
方向に運行可能である運行可能な基板ホルダ27内に多
数の基板16が固定されている。駆動(周期的往復運動
)のだめには、駆動モータ29、ピニオン30及びラッ
ク31が役立つ。基板ホルダ27の反対側はローラ32
を介して走行レール33に支承されている。基板16の
上には、黒鉛棒から成る、基板16を加熱するための加
熱機構34、断熱機構35、及び加熱電流の供給及び(
必要に応じて)基板16に負のバイアスをかけるための
ケーブルけん引機構36が設けられている。
A number of substrates 16 are fixed in a movable substrate holder 27 that is movable in a direction perpendicular to the drawing by means of rollers and rail guides 28 . A drive motor 29, a pinion 30 and a rack 31 serve for the drive (periodic reciprocating movement). On the opposite side of the substrate holder 27 is a roller 32
It is supported by the traveling rail 33 via. On the substrate 16, a heating mechanism 34 for heating the substrate 16, a heat insulation mechanism 35, and a heating current supply and (
A cable traction mechanism 36 is provided for applying a negative bias to the substrate 16 (if desired).

更に、内部室が、真空室1の下方部分内のブラケット3
8に支持された、下向きに開放した底部37を有するこ
とが明らかである。その真下にないしは底37内に蒸発
坩堝7が存在する。
Furthermore, the internal chamber includes a bracket 3 in the lower part of the vacuum chamber 1.
It can be seen that it has a downwardly open bottom 37 supported at 8. Immediately below or in the bottom 37 is an evaporation crucible 7.

内部室3の両側には、U字形偏向磁石系40O脚部の内
側から形成される、一部分鎖線で示された極面39が存
在する。両者の脚部はヨーク41によって互いに結合さ
れており、該ヨークにはここには図示されていないが、
磁石コイルが存在する。偏向磁石系によって、電子ビー
ム11は第1図及び第2図に図示されたわん曲した軌道
に偏向せしめられかつ意図的に蒸発物8に向けられる。
On both sides of the internal chamber 3 there are pole faces 39, partially indicated in dashed lines, which are formed from the inside of the legs of the U-shaped deflection magnet system 40O. Both legs are connected to each other by a yoke 41, which includes, although not shown here,
There is a magnetic coil. By means of the deflection magnet system, the electron beam 11 is deflected into the curved trajectory illustrated in FIGS. 1 and 2 and is intentionally directed towards the evaporator 8.

第2図はまた、必要に応じて、別の反応ガスのための第
2の供給機構42を示す。
FIG. 2 also shows a second supply mechanism 42 for another reactant gas, if desired.

第3図は、3つの側面が冷却通路19によって包囲され
た、銅から成る電極17の平面図を示す。電流供給の接
続のためには、接点ねじ43が役立つ。対毎に互いに平
行に延びる内側縁部17aの間隔によって与えられる電
極17の有効寸法は90X135mm2である。第2図
に記入された基板27と全ての他の構成部材が省略され
ていると仮定して見れば、第3図は一目瞭然でちる。
FIG. 3 shows a top view of an electrode 17 made of copper, surrounded on three sides by cooling channels 19. Contact screws 43 serve for connection of the current supply. The effective dimensions of the electrodes 17 given by the spacing of the inner edges 17a of each pair running parallel to each other are 90.times.135 mm.sup.2. 3 is self-explanatory if it is assumed that the substrate 27 and all other components shown in FIG. 2 are omitted.

第4図は、蒸発物8を収容した蒸発坩堝7の平面図を示
す。内側縁部7aによって規定された坩堝開口の両側に
、穿孔された管区分から成る、反応ガス用の供給機構1
5が延びている。
FIG. 4 shows a plan view of the evaporation crucible 7 containing the evaporated material 8. Supply mechanism 1 for the reaction gas consisting of perforated tube sections on both sides of the crucible opening defined by the inner edge 7a
5 is extended.

第4図は、内部室3及びその上にある全ての構成部材を
取除いて考えれば自明である。
FIG. 4 is self-explanatory if the internal chamber 3 and all components thereon are removed.

方法実施例 第2〜4図によるユニットを備えた装置で、基板16と
して特殊鋼から成る薄板条片を配置した。蒸発物はチタ
ンから成っていた。外部真空室1内の圧力は、窒素(N
2)を計量供給することにより約10−2ミリバールに
調整した。
EXAMPLE 1 In an apparatus with a unit according to FIGS. 2 to 4, a sheet metal strip of special steel was arranged as substrate 16. The evaporate consisted of titanium. The pressure inside the external vacuum chamber 1 is nitrogen (N
2) was adjusted to approximately 10 −2 mbar by metering.

加速電圧35 KV及びビーム電流1.7Aを有する電
子ビーム11で蒸発物8のショットにより、反応性蒸発
プロセスを開始した。電極17の電圧は+30Vであシ
、この場合電極で20OAの陽極電流が生じた。基板の
負のバイアスは−i oovであった。被孜処理は基板
を数回往復させて50秒間継続した。これから計算され
た被覆率は5.0μm7’m i nであった。施され
た金色の層は、HV = 1200 KP/mrtr2
の硬度と同時に、特殊鋼肘板の鋭角な屈曲によっても剥
離され得ない程十分な付着強度を有していた。
The reactive evaporation process was started by a shot of the evaporator 8 with an electron beam 11 with an accelerating voltage of 35 KV and a beam current of 1.7 A. The voltage at electrode 17 was +30 V, in which case an anodic current of 20 OA was generated at the electrode. The negative bias of the substrate was -ioov. The treatment continued for 50 seconds by moving the substrate back and forth several times. The coverage calculated from this was 5.0 μm7'min. The golden layer applied is HV = 1200 KP/mrtr2
In addition to its hardness, it also had sufficient adhesion strength so that it could not be peeled off even when the special steel elbow board was bent at an acute angle.

走査電子珈微鏡写真により、被覆層は著しく緻密であり
、しかも公知技術水準による方法において観察されるよ
うな実験結果と異なシ房状成長(Stengelwac
hstum )を呈しないことが判明した。
Scanning electron micrographs show that the coating layer is extremely dense and exhibits tuft-like growth (Stengelwax), which is different from the experimental results as observed in methods according to the state of the art.
hstum).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による装置の原理的構造を示す略示断面
図、第2図は実際に構成された装置の垂直断面図、第6
図は内部室とその上に配置された電極の平面図、及び第
4図は内部に反応ガスのための供給装置が配置された内
部室の下方部分の平面図である。 3・・・内部室、5・・・垂直側壁、6・・・上方水平
壁、7・・・蒸発坩堝、10・・・入射開口、11・・
・電子ビーム、14・・・絞り開口、14a・・・絞り
開口の内側縁部、15・・・供給機構、16・・・基板
、17・・・電極、17a・・・内側縁部、19・・・
冷却通路、22・・・直流電圧源、39・・・極面、4
0・・・偏向磁石系 3・・内部室   7・・・蒸発坩堝 10・・・入射開口 11・電子ビーム16 基板 17  電極 22・電流電圧源 3 内部室 I 蒸発坩堝 14 ・絞り開口 15・−供給機構 16 基板
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the principle structure of the device according to the present invention, FIG. 2 is a vertical sectional view of the actually constructed device, and FIG.
4 is a plan view of the lower part of the interior chamber, in which the supply device for the reaction gas is arranged; FIG. 3...Inner chamber, 5...Vertical side wall, 6...Upper horizontal wall, 7...Evaporation crucible, 10...Incidence opening, 11...
- Electron beam, 14... Aperture aperture, 14a... Inner edge of aperture aperture, 15... Supply mechanism, 16... Substrate, 17... Electrode, 17a... Inner edge, 19 ...
Cooling passage, 22... DC voltage source, 39... Pole surface, 4
0... Deflection magnet system 3... Internal chamber 7... Evaporation crucible 10... Incidence aperture 11 - Electron beam 16 Substrate 17 Electrode 22 - Current voltage source 3 Internal chamber I Evaporation crucible 14 - Aperture aperture 15 - Supply mechanism 16 board

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板に向かう蒸気流の範囲内にアースに対して正の
バイアスをかけた電極を配置した形式で、反応ガスから
成る雰囲気内で最高10^−^1ミリバールの圧力で電
子ビームを用いて少なくとも1種の金属を蒸発させるこ
とにより基板に金属化合物を反応性蒸着する方法におい
て、 a)蒸発器を包囲し、基板の向かい側に絞り開口を有す
る内部室内で金属蒸気を発生させ、 b)反応性ガスを内部室に導入し、 c)金属蒸気及び反応性ガスを絞り開口を通して基板の
方向に導びき、 d)電子ビームを内部室内で金属蒸気及び反応性ガスと
イオン化目的のために相互作用させ、その希少なくとも
20KVの加速電圧を選択し、かつ e)内部室内で形成された又は該室内に封鎖された負の
電荷担体を絞り開口の向かい側かつ蒸気流の外側に位置
し、アースに対して正のバイアスをかけた電極によつて
絞り開口を貫通して吸引し、その際絞り開口及び電極の
領域で激しく燃焼するグロー放電を発生させる ことを特徴とする、基板に反応性蒸着する方法。 2、絞り開口の向い側に位置する電極に+5〜+100
Vのバイアスをかける、特許請求の範囲第1項記載の方
法。 3、基板に−50〜−2000Vの電圧をかける、特許
請求の範囲第1項記載の方法。 4、基板に向かう蒸気流の範囲内にアースに対して正の
バイアスをかけた電極を配置した形式で、反応ガスから
成る雰囲気内で最高10^−^1ミリバールの圧力で電
子ビームを用いて少なくとも1種の金属を蒸発させるこ
とにより基板に金属化合物を反応性蒸着する方法を実施
する装置であつて、外部真空室と、蒸発坩堝と、該蒸発
坩堝内に存在する蒸発物を電子ビームと一緒にショット
するための電子銃と、蒸発坩堝と基板との間に配置され
かつアースに対して正の電位に印加可能な電極とを有す
る形式のものにおいて、 a)蒸発坩堝(7)上の空間が内部室(3)によつて包
囲されており、該内部室が電子ビーム(11)のための
入射開口(10)と、基板(16)の方向に配置された
絞り開口(14)とを有し、 b)内部室(3)が反応性ガスの供給機構(15)を備
えておりかつ c)絞り開口(14)の向かい側に絞り開口(14)の
投影面には存在しない電極(17)が絶縁されて配置さ
れており、該電極がアースに対して正の出力電圧を有す
る直流電圧源(22)と接続されている ことを特徴とする、基板に反応性蒸着する装置。 5、内部室(3)が直方体状に構成されており、かつそ
の開放した下側で蒸発坩堝(7)を支持しており、内部
室の4つの直立した側壁の1つが電子ビーム(11)の
ための入射開口(10)を有し、内部室の上方の水平壁
(6)内に絞り開口(14)が配置されており、かつ上
方の水平壁(6)の上に隔離して電極(17)が固定さ
れている、特許請求の範囲第4項記載の装置。 6、絞り開口(14)が矩形に構成されかつ電極(17
)が矩形のフレームとして構成されており、該フレーム
の内側縁部(17a)が絞り開口(14)の内側縁部(
14a)と実質的に同一直線上に位置する、特許請求の
範囲第5項記載の装置。 7、フレーム状電極(17)が冷却通路(19)を有す
る、特許請求の範囲第6項記載の装置。 8、内部室(3)の両側に偏向磁石系(40)の極面(
39)が配置されており、かつ電子ビームが少なくとも
その中央位置では両者の極面(39)間の対称面内を進
行する、特許請求の範囲第4項記載の装置。
[Claims] 1. A pressure of up to 10-1 mbar in an atmosphere consisting of a reactive gas, in the form of an electrode positively biased with respect to earth in the range of the vapor flow towards the substrate; A method for reactively depositing a metal compound onto a substrate by evaporating at least one metal using an electron beam in a process comprising: a) depositing the metal vapor in an interior chamber surrounding the evaporator and having an aperture opening opposite the substrate; b) introducing a reactive gas into the internal chamber; c) directing the metal vapor and reactive gas through an aperture toward the substrate; and d) ionizing the electron beam with the metal vapor and reactive gas within the internal chamber. select an accelerating voltage of at least 20 KV, and e) transfer the negative charge carriers formed in the internal chamber or sequestered therein to the opposite side of the aperture opening and outside the vapor flow; substrate, characterized in that it attracts suction through the diaphragm aperture by means of an electrode located and positively biased with respect to ground, thereby generating a glow discharge that burns violently in the region of the diaphragm aperture and the electrode. method of reactive vapor deposition. 2. Add +5 to +100 to the electrode located opposite the aperture aperture.
2. The method of claim 1, wherein a bias of V is applied. 3. The method according to claim 1, wherein a voltage of -50 to -2000V is applied to the substrate. 4. Using an electron beam at a pressure of up to 10-1 mbar in an atmosphere consisting of a reactive gas, with an electrode positively biased with respect to earth placed within the range of the vapor flow towards the substrate. An apparatus for carrying out a method for reactively depositing a metal compound onto a substrate by vaporizing at least one metal, the apparatus comprising: an external vacuum chamber; an evaporation crucible; of the type comprising an electron gun for shooting together and an electrode placed between the evaporation crucible and the substrate and capable of applying a positive potential with respect to earth, a) on the evaporation crucible (7); The space is surrounded by an internal chamber (3), which internal chamber has an entrance aperture (10) for the electron beam (11) and a diaphragm aperture (14) arranged in the direction of the substrate (16). b) the internal chamber (3) is equipped with a reactive gas supply mechanism (15), and c) opposite the aperture aperture (14) an electrode ( 17) is arranged in an insulated manner and the electrode is connected to a DC voltage source (22) having a positive output voltage with respect to ground. 5. The internal chamber (3) is configured in the shape of a rectangular parallelepiped, and its open lower side supports the evaporation crucible (7), and one of the four upright side walls of the internal chamber is configured to support the electron beam (11). a diaphragm aperture (14) arranged in the upper horizontal wall (6) of the inner chamber, and a separate electrode on the upper horizontal wall (6). 5. The device according to claim 4, wherein (17) is fixed. 6. The aperture aperture (14) is configured in a rectangular shape and the electrode (17)
) is configured as a rectangular frame, and the inner edge (17a) of the frame is the inner edge (17a) of the aperture aperture (14).
14. The device of claim 5, wherein the device is substantially collinear with 14a). 7. Device according to claim 6, in which the frame-shaped electrode (17) has cooling channels (19). 8. On both sides of the internal chamber (3) are the polar faces (
5. The device according to claim 4, wherein a polar plane (39) is arranged and the electron beam travels in a plane of symmetry between the two polar planes (39) at least in its central position.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3634598C2 (en) * 1986-10-10 1994-06-16 Leybold Ag Method and device for reactive vapor deposition of metal compounds
EP0361265A1 (en) * 1988-09-29 1990-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Production of thin films of a high temperature superconductor by a plasma-activated PVD process
US5601652A (en) * 1989-08-03 1997-02-11 United Technologies Corporation Apparatus for applying ceramic coatings
DE4006457C2 (en) * 1990-03-01 1993-09-30 Balzers Hochvakuum Process for evaporating material in a vacuum evaporation plant and plant thereof
US5227203A (en) * 1992-02-24 1993-07-13 Nkk Corporation Ion-plating method and apparatus therefor
DE4225352C1 (en) * 1992-07-31 1993-11-18 Leybold Ag Installation and method for reactive deposition of metal cpd. coatings - with cathode heated to temp. of plasma ignition, allowing high-strength corrosion- resistant coatings to be produced
US5780803A (en) * 1993-02-16 1998-07-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Process for the stabilization of plasma generation by means of electron beam vaporizer
DE4304613C1 (en) * 1993-02-16 1994-05-26 Fraunhofer Ges Forschung Stabilisation of plasma generation using electron beam evaporator for metals - focusing electron beam on evaporator material within housing and monitoring intensity of light emission above surface, to control power supply to electron gun
DE4336680C2 (en) * 1993-10-27 1998-05-14 Fraunhofer Ges Forschung Process for electron beam evaporation
DE4336681C2 (en) * 1993-10-27 1996-10-02 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for plasma-activated electron beam evaporation
DE4343042C1 (en) * 1993-12-16 1995-03-09 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for plasma-activated vapour deposition
US5656091A (en) * 1995-11-02 1997-08-12 Vacuum Plating Technology Corporation Electric arc vapor deposition apparatus and method
DE19724996C1 (en) * 1997-06-13 1998-09-03 Fraunhofer Ges Forschung Plasma-activated electron beam vapour deposition
US7879411B2 (en) * 2001-04-30 2011-02-01 University Of Virginia Patent Foundation Method and apparatus for efficient application of substrate coating
DE10214330A1 (en) * 2002-03-28 2003-10-16 Giesecke & Devrient Gmbh Security element and process for its manufacture
US6770333B2 (en) * 2002-04-30 2004-08-03 General Electric Company Method of controlling temperature during coating deposition by EBPVD
DE10228925B4 (en) * 2002-05-10 2007-08-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus and method for electron beam evaporation of reactively formed layers on substrates
EP2113584A1 (en) * 2008-04-28 2009-11-04 LightLab Sweden AB Evaporation system
US8709160B2 (en) * 2008-08-22 2014-04-29 United Technologies Corporation Deposition apparatus having thermal hood
EP2457670B1 (en) * 2010-11-30 2017-06-21 Oticon A/S Method and apparatus for plasma induced coating at low pressure
US8828504B2 (en) * 2010-12-17 2014-09-09 International Business Machines Corporation Deposition of hydrogenated thin film
US9581042B2 (en) 2012-10-30 2017-02-28 United Technologies Corporation Composite article having metal-containing layer with phase-specific seed particles and method therefor
KR102054477B1 (en) * 2013-04-05 2019-12-11 삼성디스플레이 주식회사 Apparatus for depositing thin film

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE691418A (en) * 1966-01-18 1967-05-29
US3467057A (en) * 1966-07-27 1969-09-16 Hitachi Ltd Electron beam evaporator
US3454814A (en) * 1966-07-29 1969-07-08 Atomic Energy Commission Tubular vapor source
US3756193A (en) * 1972-05-01 1973-09-04 Battelle Memorial Institute Coating apparatus
US3791852A (en) * 1972-06-16 1974-02-12 Univ California High rate deposition of carbides by activated reactive evaporation
JPS54146281A (en) * 1978-05-10 1979-11-15 Ulvac Corp Metallizing apparatus by activation reaction
US4514437A (en) * 1984-05-02 1985-04-30 Energy Conversion Devices, Inc. Apparatus for plasma assisted evaporation of thin films and corresponding method of deposition

Also Published As

Publication number Publication date
DE3627151C2 (en) 1992-04-09
DE3627151A1 (en) 1988-02-18
JPH0543787B2 (en) 1993-07-02
US4828872A (en) 1989-05-09

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